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L'électrolyse à haute température
Schéma d'électrolyse à haute température.

L 'L'électrolyse à haute température (également HTE, Electrolyse haute température, ou électrolyse à vapeur) Est une méthode pour la production de hydrogène dall 'eau avec de l'oxygène comme sous-produit qui est en train d'étudier.

efficacité

L'électrolyse à haute température est économiquement plus efficace dell 'électrolyse traditionnel, à la température ambiante, parce qu'une partie de l'énergie est fournie sous forme de chaleur, ce qui est de l'électricité plus économique, et parce que la réaction électrolytique est plus efficace à des températures élevées. En effet, 2500 ° C Il n'y a plus d'électricité nécessaire, car l'eau est décomposée en hydrogène et de l'oxygène au moyen du thermolyse. De telles températures, cependant, ne sont pas pratiques; systèmes de HTE proposé fonctionnent avec des températures comprises entre 100 ° C et 850 ° C.

L'amélioration de l'efficacité dans ce type d'électrolyse est plus apprécié si l'électricité utilisée provient d'une machine thermique puis compte tenu de la quantité de chaleur nécessaire pour produire une kg hydrogène (141.86 mégajoule), Deux dans le même processus d'électrolyse à haute température, il est utilisé dans la production d'électricité. A 100 ° C 350 mégajoules servir d'énergie thermique (41% de rendement), tandis qu'à 850 ° C servir 225 mégajoules (avec un rendement de 64%).[1]

matériels

Le choix des matériaux pour les électrodes et l'électrolyte est essentiel. L'une des options actuellement en cours d'examen pour le procédé utilise des électrolytes zirconium stabilisé l'oxyde d'yttrium (YZS, « yttriée Zirconia »), des électrodes pour la vapeur d'eau / hydrogène dans nickel-cermet et des électrodes pour l'oxygène réalisées avec un mélange d'oxyde de lanthane, strontium et cobalt.[2]

économique potentiel

L'électrolyse à haute température non proxy pour éviter l'inefficacité inhérente aux machines thermiques, la production d'hydrogène qui est ensuite convertie en électricité dans une pile à combustible. Ainsi, tout avantage économique peut être obtenu par l'utilisation de HTE doit provenir de procédés chimiques qui fournissent accumuler l'hydrogène et ne pas l'utiliser comme source d'énergie (par exemple dans les industries pétrochimiques ou des engrais) ou des procédés de locomotive pour lesquels l'hydrogène est une forme de transport d'énergie mieux que l'électricité (par exemple, des fusées, des premières voitures).

Électrolyse à haute température ne peut pas rivaliser avec la transformation chimique de l'énergie provenant de des hydrocarbures ou charbon en hydrogène, car aucun de ces conversions est limitée par l'efficacité de la machine thermique. Ainsi, les sources de chaleur possibles haute température économique pour HTE n'y a pas de produits chimiques, y compris réacteurs nucléaires, la Les capteurs solaires thermiques et les sources de l'énergie géothermique.

Le marché de la production d'hydrogène

Compte tenu d'une source de chaleur à basse température à haute température, sont d'autres procédés possibles pour la production d'hydrogène. En particulier, voir le cycle thermochimique iode-soufre. La production thermochimique pourrait atteindre des rendements plus élevés de HTE, car il n'a pas besoin d'une machine thermique. Cependant, la production à grande échelle thermochimique nécessiterait des progrès significatifs dans les matériaux qui peuvent résister à des températures élevées, des pressions et des environnements très corrosifs.

Le marché de l'hydrogène est un grand (50 millions de tonnes dans l'année 2004, avec une valeur d'environ 135 milliards dollars par an) et une augmentation d'environ 10% par an [3]. Les deux plus gros consommateurs sont les raffineries de pétrole actuelles et les usines d'engrais (chaque consomme près de la moitié de la production totale). Si vous deviez étendre l'utilisation des voitures à l'hydrogène, leur consommation augmenterait considérablement la demande d'hydrogène.

Électrolyse et thermodynamique

Au cours de l'électrolyse, la quantité d'énergie électrique qui doit être ajoutée est égale à la variation de 'énergie libre de Gibbs la réaction ainsi que les pertes dans le système. Les pertes peuvent (théoriquement) être arbitrairement proche de zéro, de sorte que l'efficacité thermodynamique tout processus maximum électrochimique Elle est égale à 100%. En pratique, l'efficacité est donnée par les travaux d'électricité effectués divisé par le changement de l'énergie libre de Gibbs dans les réactions.

Dans la plupart des cas, comme dans l'électrolyse à température ambiante, la puissance électrique fournie est supérieure à la variation de enthalpie de la réaction, puis une partie de l'énergie est libérée sous forme de chaleur. Dans d'autres cas cependant, comme dans l'électrolyse de vapeur haute température hydrogène et oxygène, l'inverse est vrai. La chaleur est absorbée par l'environnement et la calorifique l'hydrogène produit est l'électricité fournie plus haut. Dans ce cas, l'électricité fournie efficacité relative, vous pouvez dire supérieur à 100%. L'efficacité maximum théorique pour une pile à combustible Il est l'inverse de celui de l'électrolyse. Il est donc impossible de créer une machine mouvement perpétuel combinant les deux processus.

ISRU sur Mars

L'électrolyse à haute température a également été proposé de produire de l'oxygène sur Mars le dioxyde de carbone atmosphérique, en utilisant des outils d'électrolyse zircon. (Voir, utilisation des ressources sur place l'utilisation des ressources in situ.)

notes

  1. ^ Une brève explication sur le calcul de l'efficacité d'une cellule électrolytique HTE est disponible sur le site de la cellule solide Inc. ici
  2. ^ Kazuya Yamada, Shinichi Makino, Kiyoshi Ono, Kentaro Matsunaga, Masato Yoshino, Takashi Ogawa, Shigeo Kasai, Seiji Fujiwara et Hiroyuki Yamauchi "Electrolyse haute température pour la production d'hydrogène à l'oxyde solide Unité Electrolyte tubulaires cellules Assemblée", présenté à la réunion annuelle AICHE San Francisco () en Californie en Novembre 2006. abstrait
  3. ^ voir économie de l'hydrogène

liens externes

fiber_smart_record Activités Wiki:
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